变频器的基础知识

一、变频器基础

VVVF是 Variable Voltage and Variable Frequency 的缩写，意为改变电压和改变频率，也就是人们所说的变压变频。

我们使用的电源分为交流电源和直流电源，一般的直流电源大多是由交流电源通过变压器变压，整流滤波后得到的。交流电源在人们使用电源中占总使用电源的95％左右。

无论是用于家庭还是用于工厂，单相交流电源和三相交流电源，其电压和频率均按各国的规定有各自的标准，如我国大陆规定，直接用户单相交流电为220V，三相交流电线电压为380V，频率为50Hz，其它国家的电源电压和频率可能与我国的电压和频率不同，例如有单相100V/60Hz、三相200V/60Hz等等，标准的电压和频率的交流供电电源叫工频交流电。

通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC）。把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”(逆变器)。由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inverter”，即变频器。

变频器也可用于家电产品。使用变频器的家电产品中不仅有电机（例如空调等），还有荧光灯等产品。用于电机控制的变频器，可以改变频率，从而也可以改变电压。但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。汽车上使用的电池（直流电）产生交流电的设备也以“inverter”的名称进行出售。

变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。例如计算机电源的供电，在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。

在工业控制领域中，绝大多数是电动控制系统，其最终的控制对象和执行机构均为电机，电机的自动控制系统往往都是通过控制转速来实现的。上世纪八十年代，随着电力电子技术的发展，在国外交流变频调速技术在电机控制系统中开始工业应用，一九九五年以来，该技术传到中国大陆，近几年在我国的应用也越来越广。现在在国外，交流调速传动系统在很大程度上已取代了直流调速系统而上升为电气调速传动的主流。

三相交流电机的结构简单、运行可靠、价格低廉，在冶金、建材、矿山、化工、纺织、橡胶、机械等工业领域发挥着巨大作用。三相电机调速系统的种类很多，但效率{zg}、性能{zh0}、应用最广的是变频调速，它可以构成高动态性能的交流调速系统来取代直流调速系统。变频调速是以变频器向交流电机供电，实现对交流电机的宽范围内无级调速。变频器可把固定电压、固定频率的交流电变换为可调电压、可调频率的交流电。变频调速代替直流电机，能够降低成本，提高运行的可靠性，变频调速可使每台电机节能30%-----70%，而且在恒转矩条件下，能降低轴上的输出功率，既提高了电机效率，又可获得节能效果。

二、变频器选型注意事项

变频器不是在任何情况下都能正常使用，因此用户有必要对负载、环境要求和变频器有更多了解。

1、 负载类型和变频器的选择：

电动机所带动的负载不一样，对变频器的要求也不一样。

2、 风机和水泵是最普通的负载：对变频器的要求最为简单，只要变频器容量等于电动机容量即可（空压机、深水泵、泥沙泵、快速变化的音乐喷泉需加大容量）。

3、起重机类负载：这类负载的特点是启动时冲击很大，因此要求变频器有一定余量。同时，在重物下放肘，会有能量回馈，因此要使用制动单元或采用共用母线方式。

4、 不均行负载：有的负载有时轻，有时重，此时应按照重负载的情况来选择变频器容量，例如轧钢机械、粉碎机械、搅拌机等。

5、大惯性负载：如离心机、冲床、水泥厂的旋转窑，此类负载惯性很大，因此启动时可能会振荡，电动机减速时有能量回馈。应该用容量稍大的变频器来加快启动，避免振荡。配合制动单元xx回馈电能。

其他注意事项：

1、长期低速动转，由于电机发热量较高，风扇冷却能力降低，因此必须采用加大减速比的方式或改用6级电机，使电机运转在较高频率附近。

2、 变频器安装地点必需符合标准环境的要求，否则易引起故障或缩短使用寿命；变频器与驱动马达之间的距离一般不超过50米，若需更长的距离则需降低载波频率或增加输出电抗器选件才能正常运转。

三、变频器使用注意事项

1、物理环境

2、工作温度。变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响，产品一般要求为0～55℃，但为了保证工作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，{zh0}控制在40℃以下。在控制箱中，变频器的安装应严格遵守产品说明书中的安装要求，{jd1}不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。

3、环境温度。温度太高且温度变化较大时，变频器内部易出现结露现象，其绝缘性能就会大大降低，甚至可能引发短路事故。必要时，必须在箱中增加干燥剂和加热器。

4、腐蚀性气体。使用环境如果腐蚀性气体浓度大，不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等，而且还会加速塑料器件的老化，降低绝缘性能，在这种情况下，应把控制箱制成封闭式结构，并进行换气。

5、振动和冲击。装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时，会引起电气接触不良。这时除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外，还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件。设备运行一段时间后，应对其进行检查和维护。

6、电气环境

7、防止电磁波干扰。变频器在工作中由于整流和逆变，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此，柜内仪表和电子系统，应该选用金属外壳的,来屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应可靠接地，除此之外，各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆，且屏蔽层应接地。如果处理不好电磁干扰，往往会使整个系统无法工作，导致控制单元失灵或损坏。

8、防止输入端过电压。变频器电源输入端往往有过电压保护，但是，如果输入端高电压作用时间长，会使变频器输入端损坏。因此，在实际运用中，要核实变频器的输入电压、单相还是三相和变频器使用额定电压。特别是电源电压极不稳定时要有稳压设备，否则会造成严重后果。

四、接地

变频器正确接地是提高控制系统灵敏度、抑制噪声能力的重要手段，变频器接地端子E(G)接地电阻越小越好，接地导线截面积应不小于2mm2，长度应控制在20m以内。变频器的接地必须与动力设备接地点分开，不能共地。信号输入线的屏蔽层，应接至E(G)上，其另一端绝不能接于地端，否则会引起信号变化波动，使系统振荡不止。变频器与控制柜之间应电气连通，如果实际安装有困难，可利用铜芯导线跨接。

五、防雷

在变频器中，一般都设有雷电吸收网络，主要防止瞬间的雷电侵入，使变频器损坏。但在实际工作中，特别是电源线架空引入情况下，单靠变频器的吸收网络是不能满足要求的。在雷电活跃地区，这一问题尤为重要，如果电源是架空进线，在进线处装设变频专用避雷器(选件)，或按规范要求在离变频器20m的远处预埋钢管做专用接地保护。如果电源是电缆引入，则应做好控制室的防雷系统，以防雷电窜入破坏设备。实践表明，基本上能够有效解决雷击问题。

六、变频器基础知识问答

1、什么是变频器？

通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC）。把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”(逆变器)。由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inverter”，即变频器。

2、变频器有什么分类?

变频器的分类方式很多,这里主要对交-直-交变频器进行分类.

①按直流电源的性质分:电流型变频器和电压型变频器.

②按输出电压调节方式分:PAM方式、PWM方式和高载波变频率PWM方式.

③按控制方式分:U/F控制、转差频率控制、矢量控制.

④按电压等级分:低压变频器和高压变频器.

⑤按用途分:通用变频器、专用变频器、高性能通用变频器、高频变频器和小型变频器.

3、我们公司的变频器是属于哪类?

我们公司的变频器:

①按直流电源的性质分是属于电压型变频器.

②按输出电压调节方式分是属于高载波变频率PWM方式.

③按控制方式分是属于矢量控制型的,再进一步说是无速度传感器矢量控制型的.

④按电压等级分是属于低压变频器.具体分220V-240V、380V-480V、660V、1140V.

⑤按用途分是属于高性能通用变频器.

4、U/F控制、转差频率控制、矢量控制的原理是什么?

U/F控制又称VVVF控制, VVVF是 Variable Voltage and Variable Frequency 的缩写，意为改变电压和改变频率，也就是人们所说的变压变频。

为了提高U/F控制的调速精度,通过闭环控制实现转差补偿的方式叫转差频率控制.

U/F控制和转差频率控制(包括它们改进型的具有转矩控制功能的U/F控制)变频器的控制思想都是建立在异步电动机的静态数学模型上,因此动态性能指标不高.

矢量控制方式是根据交流电动机的动态数学模型,利用坐标变换的手段,将交流电动机的定子电流分解成磁场分量电流和转矩分量电流,并分别加以控制,即模仿自然解耦的直流电动机的控制方式,对电动机的磁场和转矩分别进行控制,以获得类似于直流电动机调速系统的动态性能. 采用矢量控制方式主要是为了提高变频器调速的动态性能.

5、高性能通用变频器的分类?它们各自的特点是什么？

高性能通用变频器主要分三类:有速度传感器的矢量控制变频器、无速度传感器的矢量控制变频器、无速度传感器的直接转矩矢量控制变频器。

有速度传感器的矢量控制变频器是速度的闭环控制，它具有调速范围广，转速控制精度高，在全速度设定范围内，转炬上升时间约为5ms,转炬波动小于2%额定转矩，缺点是造价高.

无速度传感器的矢量控制变频器是在有速度传感器的矢量控制模式基础上，去掉速度检测环节，通过计算来估算电动机速度的反馈值，相对于有速度传感器的矢量控制变频器系统简单，操作方便，价格便宜。

直接转矩控制是通过实时检测磁通幅值和转矩值，分别与磁通和转矩给定值比较，由磁通和转矩调节器直接输出所需要的电压矢量。直接转矩控制有以下特点：转矩和磁链都采用直接反馈的双位式砰-砰控制（继电器控制），从而避开了将定子电流分解成转矩和励磁分量，简化了控制器的结构，但缺点是带来了转矩脉动，因而限制了调速范围。

6、变频器能用来驱动单相电动机吗？变频器可以使用单相电源供电吗？

变频器一般不能驱动单相电动机。对于开关起动的单相电动机，在工作点以下将烧毁辅助绕组，对于电容起动和电容运转的单相电动机将诱发电容爆炸。

有部分变频器可以使用单相电源供电，不过变频器的输出功率要减小。

7、电机的旋转速度为什么能够自由地改变？ 

  r/min（rpm）是电机旋转速度单位，表示每分钟旋转次数. 例如：4极电机 60Hz 1,800 [r/min]  4极电机 50Hz 1,500 [r/min]电机的旋转速度同频率成比例 ，本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率。对特定的电机，极数是固定不变的。由于该极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以不适合改变该值来调整电机的速度，即不能无级调速。另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。

n = 60f/p n: 同步速度 f: 电源频率 p: 电机极数 改变频率和电压是{zy}的电机控制方法，如果仅改变频率，电机将被烧坏。特别是当频率降低时，该问题就非常突出。为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。

8、电动机的额定参数对选择变频器很重要吗？

电动机的额定参数一般有：额定功率、额定电压、额定电流、额定转速、额定频率。电动机的额定参数对我们正确选择变频器非常重要。通常情况下，我们是根据电机的额定参数来选择变频器。

９.青岛澳德能电子有限公司的变频器的原理和它有什么优势？

鹰垦SLX系列高性能通用变频器是无速度传感器矢量控制（ＳＶＣ）的变频器，这种控制算法在整个电机的速度范围内都可以很xx的控制电机的磁通，对电机的参数变化具有很强的适应性。它具有磁通补偿、高速磁通补偿、转差补偿等特别重要的功能。磁通补偿的功能实际是通过矢量控制算法增加电机的磁通，从而使电机在同样的电流下产生更大的输出转矩。鹰垦SLX系列变频器在拖动电机中是通过无速度传感器矢量控制算法来控制电机运行的，它利用用户菜单中所输入的额定值为基础计算并控制电机的磁通。对于一台电机而言，如欲其输出{zd0}转矩，系统必须为其提供正确的磁通，当电机运行在低速时尤其如此。当需要电机提供更大的转矩时，磁通补偿功能可以通过观测并调整电机的磁通，使电机输出更大的电磁转矩。该项功能所能增加的转矩与电机的类型、电机的尺寸、电机的效率和其当时的速度有关。无速度传感器矢量控制（ＳＶＣ）可以获得接近闭环控制的性能，同时省去了速度传感器和相关的码盘连线，具有较低的生产成本和较低的设备维护成本。与传统的Ｖ／Ｆ控制比较，无速度传感器矢量控制（ＳＶＣ）有很大的性能优势：

（１）具有宽范围的调速、高精度的转速调节和转矩控制

（２）大大地提高了系统的可靠性；

（３）提高了对变频器本身和电机的保护

（４）可以获得改进的低速运行特性；

（５）变负载下的速度调节能力也得到很大的改善；

（６）得到较高的起动转矩，这一点在许多应用场合如高摩擦和高惯性起动中有很大的优势。

通用高性能变频器，即通用无速度传感器矢量控制变频器，近几年得到快速发展，它具有耐压范围大、调速范围宽、调速精度高、动态响应快、运行效率高、功率因数高、操作方便等优点。